年轻的X教授查尔斯（詹姆斯·麦卡沃伊 James McAvoy 饰）和万磁王埃里克（迈克尔·法斯宾德 Michael Fassbender 饰）是一对志向相投的好朋友。他们最早发现了自己的超能力，并与其他几个变种人一起在CIA工作。引发埃里克超能力的纳粹战争贩子肖（凯文·贝肯 Kevin Bacon 饰）一直试图挑起核战争，而想方设法挑起美苏两国的矛盾。埃里克和查尔斯一直与肖手下的变种人战斗，努力阻止肖的阴谋。肖怂恿苏联引发古巴导弹危机，查尔斯和埃里克获知消息后，在海湾与肖手下的变种人拉开了对决的一战。最终，肖被查尔斯和埃里克合力消灭。可是，在这个过程中，埃里克逐渐被肖的政治观点影响，与查尔斯产生裂痕。通过海湾的这一战，埃里克和查尔斯最终决裂，一方变成支持人类与变种人和平共存的X教授；另一方坚持通过消灭人类换来变种人兴起的观点，自称万磁王......

飓风正在侵袭美国新奥尔良，一位病危的老妇睁开了她的睡眼。老妇名叫戴茜（凯特·布兰切特饰），她叫女儿凯若琳（朱莉娅•奥蒙德饰）为她阅读一本日记。这本日记的作者叫本杰明•巴顿（布拉德•皮特饰）。本杰明出生在第一次世界大战停战之时，但生来便像个老人的他被父亲当作怪物，被遗弃在了养老院。本杰明在养老院与老人们一起生活。但谁都没有想到，本杰明逆向发育——越活越年轻！也许“越活越年轻”是某些人的梦想，但真正这样成长的本杰明却有了别人无法理解的烦恼与快乐。穿越半世纪的世界变革，本杰明身处其中，感受别人感受不到的感受。
为何母亲会让自己念这本日记？本杰明•巴顿此人与母亲有什么关系？凯若琳陷入了深深的疑惑与好奇之中。